Quanto ancora dobbiamo scoprire sul cervello umano?
Sappiamo che è il centro di comando del nostro corpo, che è diviso in due emisferi e che ogni sua zona, a grandi linee, ha un’area di competenza specifica. La corteccia cerebrale, che lo riveste completamente, è negli esseri umani come in tutti i mammiferi la parte più sviluppata, quella che ci determina come creature senzienti: proprio in questa zona la memoria e il linguaggio si esplicano quali capacità intellettive.
Le zone d’ombra sul funzionamento del cervello sono però ancora tante, soprattutto delle aree più interne e difficilmente raggiungibili.
L’articolo uscito su Science Daily di cui vi proponiamo la traduzione ha un ché di incredibile proprio perché è un passo importante in una direzione fino ad ora quasi insondabile, un piccolo traguardo di un percorso iniziato nel 1970 e che oggi segna un nuovo punto di partenza della ricerca neurologica.
Traduzione di: Research identifies ‘volume control’ in the brain that supports learning and memory
Un sistema di molecole controlla l’ampiezza dei segnali elettrici che scorrono tra le sinapsi dei neuroni: una scoperta come questa, e l’identificazione della molecola specifica che gestisce il tutto, potrebbe aiutare in futuro i ricercatori nel trattamento di disordini neurologici come Alzheimer, Parkinson ed epilessia.
La ricerca in questione è stata pubblicata nel giornale scientifico Proceedings of the National Academy of Sciences e descrive per la prima volta in che modo la forma dei segnali elettrici contribuisce al funzionamento delle sinapsi. “Le sinapsi del nostro cervello sono molto dinamiche, comunicano tra loro in un range che va dai sussurri alle urla vere e proprie” dice Michael Hoppa, assistente universitario di scienze biologiche a Dartmouth e capo della ricerca: “Questa scoperta ci guiderà nella strada per trovare cure alle malattie neurologiche più difficili”.
Le sinapsi sono dei minuscoli punti di contatto che permettono ai neuroni di comunicare su diverse frequenze: il cervello converte dati elettrici in neurotrasmettitori chimici che viaggiano nello spazio sinaptico. La quantità di neurotrasmettitori rilasciati cambia il numero e lo schema dei neuroni attivati: l’apprendimento e i ricordi si formano proprio grazie a questo rimodellamento delle connessioni sinaptiche.
Due funzioni in particolare giocano un ruolo fondamentale. La prima, la fase di facilitazione, è una serie crescente e sempre più rapida di picchi che amplificano i segnali e rimodulano la forma delle sinapsi. La seconda, la fase di depressione, riduce i segnali. Queste due funzioni plastiche, insieme, mantengono il cervello in equilibrio e prevengono la comparsa delle malattie neurologiche. “Quando invecchiamo è molto importante riuscire a potenziare le sinapsi, abbiamo bisogno di un cervello elastico ed equilibrato” ha aggiunto Hoppa.
Gli esperimenti si sono concentrati sull’ippocampo, il centro del cervello responsabile proprio di apprendimento e memoria. Il team ha scoperto che i picchi elettrici si comportano come segnali analogici, con una forma che cambia la grandezza dei neurotrasmettitori rilasciati dalle sinapsi. Il meccanismo, in breve, è simile a quello di un interruttore della luce con modulazione variabile mentre prima si pensava esistessero solo le posizioni “on” e “off”. In Ha Cho, uno degli autori dello studio che è a Dartmouth con una borsa di studio post-dottorato, ha affermato che: “L’uso di questi segnali analogici facilita la regolazione della forza dei circuiti cerebrali”.
Il premio Nobel Eric Kandel, nel 1970, aveva analizzato per primo il modo in cui l’apprendimento e le forme dei segnali elettrici si influenzano a vicenda, prendendo come oggetto di studio le lumache di mare, ma all’epoca non si pensava che lo stesso processo potesse valere per le sinapsi più complesse dei mammiferi.
A Dartmouth hanno anche scoperto quale molecola regola i segnali elettrici: si chiama Kvβ1, già nota in precedenza per la regolazione dei flussi di potassio. Che questa abbia un ruolo anche nella modulazione dei segnali elettrici spiega perché tramite esperimenti condotti su topi e mosche della frutta è stato evidenziato che la sua perdita ha un impatto negativo sulla capacità di imparare, sull’esercizio della memoria e sul sonno.
Un singolo impulso elettrico può trasportare molte informazioni, permette quindi di avere alte prestazioni nonostante le basse frequenze. Secondo Hoppa: “Tutto questo ci aiuta a capire come fa il nostro cervello a lavorare ad altissimi livelli con pochissimi impulsi, con l’energia equivalente di una lampadina di frigorifero. Più sappiamo di questi livelli di controllo, più comprendiamo l’efficienza della nostra materia grigia”.
Per decenni la ricerca si è concentrata sull’apparato molecolare e il rilascio chimico, fino a oggi però la misurazione degli impulsi elettrici era quasi impossibile per le dimensioni microscopiche dei terminali nervosi.
La tecnologia sviluppata a Dartmouth ha fatto sì che si potesse misurare il voltaggio dei neurotrasmettitori, con tecniche che sfruttano la luce. In futuro il team proverà a determinare in che modo questa scoperta si ricollega alle variazioni del metabolismo cerebrale tipiche dell’avanzamento di età o delle malattie neurologiche: secondo gli studiosi, il sistema molecolare sta in un’area del cervello facilmente trattabile con i farmaci, per cui potrebbero essere sviluppate delle terapie farmacologiche specifiche.
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